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车装钻机传动系统中传动箱的应用研究

2020-09-08 187 上传者：管理员

摘要：针对车装钻机传动系统中使用到的传动箱，通过ZJ30CZ车装钻机作为实例进行分析，对T型分动箱、角传动箱、转盘传动箱、翻转链条箱的功能和结构分别进行了阐述，对传动箱的共性和个性进行了总结分析，对传动箱的设计和制造提出了针对性的建议，在传动箱的设计和制造方面有重要参考意义。

关键词：
T型分动箱
传动箱
机械工业
角传动箱
车装钻机
转盘传动装置
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20世纪60～70年代，车装钻机在美国、加拿大得到了较大的发展，出现了Franks、Cooper、Sky-top、Kremco、Willson、Ideco等著名品牌，代表了世界水平。80年代中期，我国的车装钻机制造业开始起步，90年代，车装钻机得到了新的发展，2000年后，我国制造的车装钻机已有较大的优势，不仅从数量、品种、质量方面赶上了美国，而且价格优势明显，成为车装钻机的生产大国和强国。车装钻机多以柴油机作为动力源，通过机械驱动方式完成绞车提升和转盘旋转作业，传动箱作为车装钻机上动力传输的枢纽，承担了动力的集合、传递、分配功能，其配套必不可少，优异的传递效率和稳定的传递性能是保障车装钻机整体性能的重要一环，在车装钻机设计和制造过程中，应作为重要环节进行控制。

1、传动箱在车装钻机中应用实例

以ZJ30CZ车装钻机为实例进行分析，该车装钻机采用2台C15柴油机与2台AllisonM5620AR变速箱组成动力机组，安装在大功率运载车上，两套动力机组通过T型分动箱可实现并车或单一动力输出，动力通过T型分动箱后分别提供给绞车、转盘、主载车底盘，作为车装钻机作业和自走的动力。

1.1T型分动箱

T型分动箱是将两台发动机的动力并车后再分配的动力分配装置，是钻机中实现动力传递和分配、改变动力传动方向的一个重要部件，T型分动箱将两台发动机的功率并机合成后，将动力为四路输出，一路通过万向轴驱动车辆前桥；一路通过万向轴驱动车辆后桥；一路通过万向轴驱动角箱而后驱动绞车，给绞车提供5正1倒的档位；一路通过万向轴驱动转盘，给转盘提供5正5倒的档位。动力可通过T型分动箱双机并车或单车直接输出。

1.2角传动箱

角传动箱改变了动力的传动方向，主要由输入轴、输出轴、大小齿轮、轴承座、箱体、支座、法兰和各种轴承所组成，箱体采用钢板焊接。齿轮采用螺旋锥齿，输入轴和输出轴采用优质合金钢制造，轴承采用多种类型组合，润滑形式为油浴飞溅润滑。

1.3转盘传动箱、翻转链条箱

转盘传动装置是将T型分动箱输出的动力通过传动轴、转盘传动箱、翻转链条箱传递驱动转盘的整套设备。转盘传动箱和翻转链条箱均采用飞溅润滑，转盘传动装置配套有ATD318H气囊推盘式离合器，能够满足转盘最大扭矩的要求。通过转盘传动箱的摘挂，可以实现转盘5正5倒转动，转盘传动箱配套有ATD118推盘离合器防反转。

2、传动箱的设计分析

2.1设计共性

从T型分动箱、角传动箱、转盘传动箱、翻转链条箱这几个传动箱的原理和外形结构以及功能要求来分析，有以下几点共性：

(1）完成动力传递，实现动力分配。

(2）设计需要充分考虑润滑及散热的要求，因为车装钻机在重量和尺寸上有严格控制，所以箱子在设计过程中尽可能地紧凑轻巧，但同时，又要实现大功率传递和高转速运转这两项功能要求。要平衡这一矛盾，解决这个瓶颈，就需要充分考虑润滑和散热。润滑油在箱体内的循环是可以散热的，但散热量不足，因此，需要增设散装置，确保散热更加充分，在箱体内壁增设油路循环油槽，是最常规的一种做法，既可以给指定地方进行润滑，又可以使油缓慢地回到油箱，在回到油箱前冷却下来。

(3）密封结构的选择。机械密封的优点在于不会摩擦生热，但是，机械密封结构比较复杂，同时，要考虑回油结构，有回油孔就需要考虑防误装孔的设计，防止在制造过程中因为安装失误引起的问题。所有密封结构都不是完全无泄漏，都是通过高速运转形成油膜，靠油膜来实现最后一道密封。

(4）轴承的合理选型。匹配的轴承选型、合理的游隙选择以及恰当的配合选取，都对传动箱的可靠运行起到至关重要的作用，同时，还需综合考虑安装位置。在一些特殊的多层配合结构中，尤其是多层配合均为过盈配合时，需要几个配合综合选取，标准的轴承游隙都很小，对于深沟球轴承的游隙更小，机械设计手册推荐的配合和轴承游隙在装配完成后基本没有游隙存在，所以，对多层配合中深沟轴承的配合选择和游隙选取更是要谨慎。

2.2设计个性

尽管传动箱在传动方面是相通的，但是，具体到每个传动箱，由于其实现的功能各不相同，所以又有自己的特色：

(1)T型分动箱，由于其主要功能是将柴油机处的动力通过一副斜齿轮传递到角箱，它直接和动力机组相连，所以，在减速比为1的时候，就要考虑输入转速为动力机组的最高输出转速工况，对输入轴承，要考虑其额定载荷下的使用寿命外，还需要考虑他的极限转速；T型分动箱须实现车装钻机的功能选择，即车装钻机是进行行车还是进行钻井作业，因此，设有换挡功能，有换挡就需要有锁挡功能，同时，也要考虑换挡限位功能，防止换挡用力过度换挡过位。

(2）角传动箱，是T型分动箱和绞车之间的动力传递设备，通过一副伞齿轮改变力的方向，又通过链轮将动力输出到绞车。从结构上分析，链轮离齿轮越远，链轮附近的轴承受力情况越好。输出轴受T型分动箱和绞车位置限制，为控制轴承尺寸，链轮附近的轴承一般选取不承受轴向力的轴承，这样轴承的尺寸就不会太大，从而控制箱子的尺寸，将齿轮的轴向力用靠近齿轮端轴承克服，使角传动箱在装配和结构尺寸两方面都可以兼顾到；输入轴采用靠近伞齿轮端的轴承承受径向力，远离伞齿轮端的轴承承受轴向力，这有利于箱体的尺寸控制。

3、制造工艺建议

设计过程需要严谨认真，正确的制造工艺也是产品质量的另一重保证。

(1）为保证箱体的结构稳定性，在箱体焊接后，采取整体热处理，用以消除焊接后产生的内应力。

(2）翻转链条箱上端箱体和下端箱体各自进行整体精加工，各轴孔的两端均须在同一工位加工，保证形位公差要求，采用坐标控制的方式，严格控制各轴孔孔距要求。

(3）各传动轴与轴承配合表面、动密封表面均进行磨削，保证各配合表面的尺寸精度和粗糙度，也确保各配合表面的同轴度公差。

4、传动箱设计建议

严谨的设计和严控的制造过程，是传动箱性能稳定的保证。T型分动箱内部传动级数多，传动路线复杂，设计过程中适当增设离合器，在同步方面能更好控制，也便于后续的维修更换，换挡机构处增设限位块，可有效解决换挡过位问题；传动箱的设计在增加功能的同时，也须综合考虑多功能带来的故障隐患。

参考文献：

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